ВВЕДЕНИЕ

Хорошо известно, какую исключительно важную роль играют в радиотехнике колебательные системы. Колебательными системами для диапазона сверхвысоких частот являются резонаторы, представляющие обширный и значительный класс устройств СВЧ. Классический резонатор — это объем диэлектрика (чаще всего воздуха), ограниченный проводящими поверхностями и имеющий один или несколько элементов связи с линиями передачи. Такие полые резонаторы хорошо изучены и являются составной частью многих генераторных и усилительных приборов или измерительных устройств. Отдельные резонаторы и их сочетания используют для построения фильтров.

В последние годы, благодаря успехам физики твердого тела и прогрессу технологии изготовления таких твердых материалов, как ферриты и диэлектрики с высокой проницаемостью и малыми потерями, появилась еще одна разновидность резонаторов СВЧ - ферритовые и диэлектрические резонаторы, которые обобщенно можно назвать твердотельными резонаторами.

Ферритовый резонатор представляет собой малый в сравнении с длиной электромагнитной волны ферритовый образец, намагниченный до насыщения постоянным магнитным полем и взаимодействующий с электромагнитным полем, частота которого соответствует условию ферромагнитного резонанса. Диэлектрический резонатор представляет собой образец из диэлектрика с высокой проницаемостью, выбранной так, что при заданных его форме и размерах выполняются условия объемного резонанса электромагнитной волны.

Твердотельные резонаторы отличаются от полых значительно меньшими размерами и отсутствием специальных элементов связи с линией передачи, что позволяет создавать на основе таких резонаторов простые и малогабаритные устройства. Следует отметить, что если физические принципы работы полых и диэлектрических резонаторов сходны, то работа ферритовых резонаторов основана на совершенно иных принципах, определяющих особые свойства ферритовых резонаторов, использование которых позволяет создавать устройства, не имеющие аналогов среди Устройств на основе полых и диэлектрических резонаторов.

Отношение разработчиков устройств СВЧ к ферритовым и диэлектрическим резонаторам характеризуется, с одной стороны, значительным интересом, обусловленным возможностями, которые открывает использование этих резонаторов, а с другой — известной осторожностью, в значительной мере объясняющейся недостаточной осведомленностью о принципах работы и свойствах таких резонаторов.

В книге изложены современные представления об основных свойствах ферритовых и диэлектрических резонаторов, рассмотрены методы расчета линий передачи СВЧ с включенными в них резонаторами и показаны принципы проектирования некоторых устройств на основе твердотельных резонаторов.

В первой главе сообщаются основные данные о принципах работы ферритовых резонаторов и их параметрах. Эти сведения изложены очень сжато, так как подробное рассмотрение свойств ферритовых резонаторов можно найти в имеющихся монографиях по ферритам.

Свойства диэлектрических резонаторов рассмотрены во второй главе более подробно, так как монография является первой попыткой обобщить сведения о таких резонаторах, имеющиеся в различных периодических изданиях. Для анализа свойств и характеристик резонаторов используется принятое в большинстве публикаций по диэлектрическим резонаторам приближение, при котором боковые стенки являются полностью отражающими поверхностями, а электромагнитная энергия проникает через торцовые стенки резонатора.

В третьей главе рассмотрены методы анализа линий передачи СВЧ с твердотельными резонаторами. Отличительной особенностью используемых методов является то, что они позволяют выяснить общие особенности взаимодействия твердотельного резонатора с линией передачи СВЧ, не конкретизируя вид резонатора и линии передачи.

Четвертая глава посвящена расчету связи ферритовых и диэлектрических резонаторов с различными линиями передачи СВЧ. Рассмотрены также такие специальные вопросы, как связь ферритового резонатора с линией передачи замедленных волн, резонансное вращение плоскости поляризации, характеристики линии передачи с резонатором в нелинейном режиме.

Принципы построения некоторых устройств СВЧ на основе ферритовых и диэлектрических резонаторов рассмотрены в пятой главе. Основное внимание уделяется иллюстрации возможных технических применений твердотельных резонаторов.

Авторы выражают искреннюю признательность доценту А. А. Бокринской за постоянный интерес, поддержку и участие в их работе, а также благодарят рецензентов доцента В. И. Шевченко и кандидата физ.-мат. наук В. Ф. Таборова, которые с большим вниманием и доброжелательностью отнеслись к работе и замечания которых способствовали улучшению рукописи.